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상용 니크롬선을 비롯한 금속 기반의 열선 방식은 장시간 사용하는 경우 발열체의 부식으로 단선이 되거나 국부적으로 높은 온도로 발열하는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 비금속 재료인 탄소섬유를 이용하여 시공성이 우수한 사전제작형 발열 필름을 개발하였다. 그리고, 철도 인프라 현장에 대한 적용성 평가를 위해 발열 필름 시편을 이용하여 발열 성능 및 저항 안정성 평가와 발열 균일도 분석을 실험적으로 수행하였다. 실험 결과, 인가 전압에 따라 발열 성능이 증가하고 발열 온도 증가에 따른 저항 변화가 없음을 확인하였다. 구체적으로, DC 5, 9, 12V의 인가전압에서 약 3, 9, 16℃/min.의 승온 속도를 보였고, 발열 상승 온도는 약 10, 33, 54℃의 변화를 보였다. 그리고, 발열 균일도를 평가를 통해 필름 표면의 온도 분포도가 인가 전압에 따라 Kurtosis는 0.25, Skewness는 0.2 이내의 차이를 보여 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 본 실험을 통해 발열 성능 및 안정성을 평가하여 철도 인프라 적용성을 확인하였다.
Conventional metallic heating wires, such as Ni-Cr wires, have problems of being broken or locally overheated due to the corrosion of the wires when used for a long time. In this study, nonmetallic exothermic films of the pre-produced type with superior constructability were developed using carbon fibers to overcome these problems. Furthermore, an evaluation of the applicability of the films to railway infrastructures was conducted experimentally by evaluating the exothermic performance and stability of resistance and the heat uniformity of exothermic films using test specimens. From the test results, the exothermic performance increased nonlinearly with the input voltage, and there was no change in the resistance with increasing temperatures. Thus, the heating rate was 3℃/min at 5V; this heating rate value increased to 9 and 16℃/min at 9 and 12V, respectively. The temperature variations were 10, 33, and 54℃ at 5, 9, and 12V, respectively. In addition, it was observed that the temperature distributions were maintained continuously on the surface of the exothermic films based on the results of the heat uniformity test, which shows Kurtosis and Skewness values of within 0.25 and 0.2, respectively, with the increase in input voltage. Consequently, the applicability of exothermic films to railway infrastructures is demonstrated from the evaluation of the exothermic performance and stability.
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Surface Exothermic Film, Exothermic Performance, Heating Uniformity, Railway Infrastructure
